土衛六神秘的”魔法島” – 土星最大衛星上的蜂窩狀碳氫化合物冰山
土星最大的衛星會降下乙烷、甲烷和更高級有機化合物的雨雪。在地面上,積聚的大塊物質可能會像冰川一樣在月球甲烷湖的邊緣形成短暫的漂浮”魔島”。一項新的研究發現,土衛六的”神奇島嶼”很可能是多孔、冰凍的有機固體浮塊,而先前的研究認為它們是氣泡。
藝術家描繪的土衛六地形包括朦朧的大氣層、黑暗的沙丘以及與地球相似的鏡面般光滑的湖泊和海洋。在這些液態碳氫化合物體上,新的研究表明,”魔幻島嶼”的出現可能是由漂浮的有機固體造成的。圖片來源:NASA/JPL
這項研究發表在《地球物理研究快報》(Geophysical Research Letters)上,該雜誌是美國地球物理學會(AGU)的期刊,刊載影響大、篇幅短、對地球和太空科學有直接影響的報告。
土衛六獨特的大氣層和表面
土星最大的衛星土衛六籠罩著朦朧的橘色大氣層,其厚度比地球厚50%,富含甲烷和其他碳基分子或有機分子。土衛六表面覆蓋著有機物組成的深色沙丘以及液態甲烷和乙烷的海洋。更奇特的是,在雷達圖像中,這些海洋表面的亮點不斷變化,可持續幾小時到幾週甚至更長。
雷達穿透土衛六厚厚的煙霧,揭示了月球北極地區的湖泊和大片海洋,這是卡西尼號太空船拍攝的照片。人們看到瞬時亮點–“魔島”在萊吉亞馬雷上出現和消失。圖片來源:中間,NASA/JPL-Caltech/ASI/USGS;左右,NASA/ESA。致謝:T. Cornet, ESA
神奇群島之謎
科學家們在2014年的卡西尼-惠更斯號飛行任務中首次發現了這些短暫的”魔幻島嶼”,此後一直試圖弄清楚它們到底是什麼。先前的研究表明,它們可能是海浪造成的島狀幻影,也可能是由懸浮固體、漂浮固體或氮氣氣泡構成的真實島嶼。這項新研究的主要作者、行星科學家於新亭(Xinting Yu)想知道,仔細研究土衛六大氣、液態湖泊和沈積在月球表面的固體物質之間的關係,是否能揭示這些神秘島嶼的成因。
“我想研究這些神奇的島嶼是否真的是漂浮在海面上的有機物,就像地球上的浮石一樣,可以漂浮在水面上,最後沉入海底,”於說。
奇異的有機世界
土衛六的上層大氣稠密地分佈著各種有機分子。這些分子會凝結在一起,結成冰,然後掉落到月球表面–包括掉落到光滑得可怕的液態甲烷和乙烷的河流和湖泊中,波浪只有幾毫米高。
於和她的團隊對這些有機團塊到達土衛六碳氫化合物湖後的命運很感興趣。它們會下沉還是上浮?
研究浮動理論
為了找到答案,研究團隊首先研究了土衛六的有機固體是否會簡單地溶解在月球的甲烷湖中。由於湖泊中的有機顆粒已經飽和,研究團隊確定,下落的固體在到達液體中時不會溶解。
“為了讓我們看到魔法島,它們不能只漂浮一秒就沉下去,”於說。 “它們必須漂浮一段時間,但也不能永遠漂浮。”
土衛六的湖泊和海洋主要是甲烷和乙烷,這兩種物質的表面張力都很低,因此固體很難漂浮起來。模型表明,大多數冰凍固體密度太大,表面張力太低,無法形成土衛六的神奇島嶼,除非這些固體團塊像瑞士起司一樣多孔。
研究人員發現,如果冰團足夠大,並且具有適當比例的孔和窄管,液態甲烷就能緩慢滲入,使冰團在地表徘徊。
神奇群島的形成
建模表明,單一團塊可能太小,無法自行漂浮。但是,如果有足夠多的團塊在海岸附近聚集在一起,較大的團塊就會斷裂並漂浮起來,這與地球上冰川的形成過程類似。這些有機冰川結合了更大的體積和適當的孔隙度,可以解釋魔島現象。
除了神奇的島嶼之外,土衛六的海洋和湖泊上還覆蓋著一層薄薄的冰凍固體,這可以解釋液態天體異常光滑的原因。因此,這項研究的發現可以解釋土衛六的兩個謎團。
編譯來源:ScitechDaily